一种TiZn合金膜及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种TiZn合金膜及其制备方法和用途。所述TiZn合金膜包括纳米柱结构。所述TiZn合金膜的制备方法包括：在介质膜上制备所述TiZn合金膜，即诱导法制备所述合金膜。所述介质膜晶格常数某一方向与合金材料中某一材料一个方向上晶格常数相近。本发明专利技术还提供了一种以所述TiZn合金膜为原料制备得到的掺钛氧化锌膜，所述掺钛氧化锌膜的制备方法包括：将所述TiZn合金膜在氧化性气氛中加热退火，得到所述掺钛氧化锌膜。掺钛氧化锌膜用于光学应用。本发明专利技术制备TiZn合金膜的方法为纯物理方法，零污染、低成本、可重复，且可以灵活地调整TiZn合金膜中Ti和Zn的原子比例和纳米柱结构的大小及高度。

TiZn alloy film, preparation method and application thereof

The invention provides a TiZn alloy film and a preparation method and application thereof. The TiZn alloy film comprises a nano column structure. The preparation method of the TiZn alloy film includes: preparing the TiZn alloy film on the dielectric film, that is, preparing the alloy film by induction method. The lattice constant of the dielectric film in one direction is similar to that in one direction of the alloy material. The invention also provides a titanium-doped zinc oxide film prepared from the TiZn alloy film. The preparation method of the titanium-doped zinc oxide film includes: heating and annealing the TiZn alloy film in an oxidizing atmosphere to obtain the titanium-doped zinc oxide film. Titanium doped Zinc Oxide film is used for optical applications. The preparation method of TiZn alloy film by the invention is a pure physical method with zero pollution, low cost and repeatability, and can flexibly adjust the atomic ratio of Ti and Zn in the TiZn alloy film and the size and height of the nano-column structure.

【技术实现步骤摘要】
一种TiZn合金膜及其制备方法和用途
本专利技术属于功能薄膜制备
，具体涉及一种TiZn合金膜及其制备方法和用途。
技术介绍
具有超小间距的纳米柱阵列的材料由于其具有独特的性质/性能，具有广泛的用途，因而备受关注。研究发现，金属纳米阵列因具有纳米尺度的间距，局域电场产生强烈的耦合，可用作制备现了纳米激光器以及作为表面增强拉曼衬底，提高生化分子探测的灵敏度。目前纳米柱的制备主要集中在模板法、刻蚀法、自组装和水热法(种子层)等。氧化锌作为一种宽能带半导体材料，在室温下其禁带宽度为3.37ev，具有禁带宽、激子束缚能高、无毒、原料易得、成本低等优点，且具有优良的光电特性，在光电器件、透明导电膜、表面声波器件有着广泛的应用。氧化锌具有大的禁带宽度，尽管薄膜中自补偿由Zn作为施主提供电子，但对于理想化学配比的ZnO来说应该是绝缘体而半导体。因此适当掺杂对ZnO带宽进行调整，拓宽应用范围。目前，实现ZnO的n型掺杂比较容易，可选择施主元素也较多，如Ⅲ族、Ⅳ族、Ⅶ族元素，最常用且得到充分验证的是Al、Ga、In掺杂。而对于Ti掺杂，由于Ti4+比Zn2+价态高，且Ti4+离子半径0.068nm小于Zn2+离子半径0.074nm，如果Ti4+离子能够成功进入氧化锌晶格替代Zn2+离子，能够提供更多的自由电子，导致薄膜中载流子浓度增加，有效降低薄膜电阻率。研究表明：掺杂比例对TZO(ZnO:Ti)薄膜结构和光学性能产生显著影响，TZO(ZnO：Ti)薄膜紫外-可见光波段都有较高的透过率且随着掺杂比例的增加薄膜样品的截止频率增大，薄膜电导率呈现先变小后变大的趋势。另外，有报道指出利用直流反应磁控溅射制备的TiO-ZnO薄膜的工艺参数对光催化性能也可以产生较大的影响，掺钛氧化锌可以增强光催化活性。而采用磁控反应共溅射方法制备不同含量Ti-Zn-O薄膜，并讨论了不同Ti含量对于薄膜光学性能的影响，发现随着Ti原子含量增大光学带隙可以从2.97增加到3.78，显著改变其带隙宽度。因此，对掺钛氧化锌的研究越来越受到重视，目前制备方法主要为磁控溅射法。当下，TiZn合金膜产品和掺钛氧化锌膜产品绝大多数都是普通平面膜。例如CN103173726A和CN102352484A制备的掺钛氧化锌透明导电薄膜，就是普通的平面膜，但是目前对于特殊形貌的TiZn合金膜产品和掺钛氧化锌膜产品的研究非常少，而TiZn合金膜产品和掺钛氧化锌膜产品的特殊形貌可能会对其应用产生很大帮助。CN107344730A提供一种氧化锌纳米柱阵列的制备方法，该方法利用目前工艺成熟的微电子加工技术，在带有纳米阵列图案的GaN模板上，以Zn(NO3)2和六甲基磷酸三酰胺水溶液作为ZnO纳米柱阵列生长的前驱溶液，采用水热法重力辅助倒置生长制备高度有序、尺寸均匀的ZnO纳米柱阵列。该方法采用化学方法制备氧化锌纳米柱阵列，方法繁琐，产生废物污染，成本高，不适用于TiZn合金膜产品和掺钛氧化锌膜的制备。因此，开发一种不产生污染，成本低，易于产业化生产的制备具有特殊形貌的TiZn合金膜产品和掺钛氧化锌膜产品的方法，对于本领域有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种TiZn合金膜及其制备方法和用途，本专利技术提供的TiZn合金膜包括纳米柱结构，所述TiZn合金膜的制备方法流程短，零污染，易于产业化，通过所述TiZn合金膜可以方便地制备得到包括纳米柱结构的掺钛氧化锌膜。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种TiZn合金膜，所述TiZn合金膜包括纳米柱结构。本专利技术中，所述纳米柱结构为微观形貌。本专利技术提供的TiZn合金膜成分比例可调，结构也可调。TiZn合金纳米柱结构拓宽了本专利技术提供的TiZn合金膜的应用范围。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述TiZn合金膜由纳米柱结构组成。即，完全由TiZn合金纳米柱组成所述TiZn合金膜，这种情况下TiZn合金膜的性能更加优良。优选地，所述TiZn合金膜由在水平面排列成阵列的竖直纳米柱结构组成。优选地，所述TiZn合金膜中Ti与Zn的原子比为0.16<Ti/Zn原子比<0.41，例如Ti/Zn原子比为0.17、0.2、0.25、0.3、0.35或0.4等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。如果Ti/Zn原子比过小会形成倾向于Zn薄膜性质，表面粗糙度过高；如果Ti/Zn原子比过大，会形成倾向于Ti薄膜的性质，成为普通平面薄膜。优选地，所述纳米柱的直径为30nm-60nm，例如30nm、35nm、40nm、50nm、55nm或60nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述纳米柱的高度为50nm-200nm，例如50nm、80nm、100nm、150nm、175nm或200nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，纳米柱的高度即为TiZn合金膜的厚度。优选地，所述纳米柱的间距为5nm-20nm，例如5nm、8nm、10nm、12nm、14nm、16nm、18nm或20nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的TiZn合金膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：在介质膜上制备所述TiZn合金膜。本专利技术的制备方法中，介质膜对于得到所述TiZn合金膜的纳米柱结构起到了关键的作用，在介质膜的诱导下，才能得到含有纳米柱结构的TiZn合金膜。介质膜晶格常数的某一方向与合金材料中某一材料一个方向上晶格常数相近，会起到更好的效果。本专利技术提供的制备方法是一种诱导法制备TiZn合金膜的方法。作为本专利技术优选的技术方案，所述介质膜为氟化镁介质膜。氟化镁为四方结构，其晶格常数为a＝0.0464nm，c＝0.0306nm，a向晶格常数0.0464nm与密排六方结构Ti的c向0.0468nm接近，特别适用于在本专利技术中诱导产生包括纳米柱结构的TiZn合金膜。优选地，所述介质膜的厚度为50nm-400nm，例如50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm或400nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，制备所述TiZn合金膜的方法为以Ti靶和Zn靶作为溅射源，进行射频共溅射。优选地，所述射频共溅射在磁控溅射系统中进行。优选地，所述射频共溅射的背景真空度≥10-7torr，例如10-7torr、2×10-7torr、5×10-7torr、8×10-7torr、10-6torr等。优选地，所述射频共溅射的工作气体为氩气，例如使用超纯氩气作为工作气体。优选地，所述Ti靶的纯度在99.999％以上。优选地，所述Zn靶的纯度在99.999％以上。优选地，所述射频共溅射的过程中，Ti靶的射频功率为60w-110w，例如60w、70w、80w、90w、100w或110w等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TiZn合金膜，其特征在于，所述TiZn合金膜包括纳米柱结构。

【技术特征摘要】
1.一种TiZn合金膜，其特征在于，所述TiZn合金膜包括纳米柱结构。2.根据权利要求1所述的TiZn合金膜，其特征在于，所述TiZn合金膜由纳米柱结构组成；优选地，所述TiZn合金膜由在水平面排列成阵列的竖直纳米柱结构组成；优选地，所述TiZn合金膜中Ti与Zn的原子比为0.16<Ti/Zn原子比<0.41；优选地，所述纳米柱的直径为30nm-60nm；优选地，所述纳米柱的高度为50nm-200nm；优选地，所述纳米柱的间距为5nm-20nm。3.根据权利要1或2所述TiZn合金膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：在介质膜上制备所述TiZn合金膜。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述介质膜为氟化镁介质膜；优选地，所述介质膜的厚度为50nm-400nm；优选地，制备所述TiZn合金膜的方法为以Ti靶和Zn靶作为溅射源，进行射频共溅射；优选地，所述射频共溅射在磁控溅射系统中进行；优选地，所述射频共溅射的背景真空度≥10-7torr；优选地，所述射频共溅射的工作气体为氩气；优选地，所述Ti靶的纯度在99.999％以上；优选地，所述Zn靶的纯度在99.999％以上；优选地，所述射频共溅射的过程中，Ti靶的射频功率为60w-110w；优选地，所述射频共溅射的过程中，Zn靶的射频功率为100w-150w；优选地，所述射频共溅射的过程中，沉积时间>15min；优选地，所述射频共溅射的过程中介质膜温度为20℃-30℃；优选地，所述射频共溅射的过程中工作气压为3mtorr-10mtorr；优选地，所述介质膜镀于衬底上；优选地，所述衬底包括非晶衬底或单晶衬底；优选地，所述非晶衬底包括玻璃；优选地，所述单晶衬底包括硅片；优选地，所述衬底在镀介质膜前先清洗干净；优选地，所述介质膜镀于衬底上的方法为电子束蒸发；优...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫兰琴，褚卫国，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11